WO2006046740A1 - 検査装置 - Google Patents

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WO2006046740A1
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Takayuki Simizu
Masahito Yoshizawa
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/035—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using superconductive devices
    • G01R33/0354—SQUIDS
    • G01R33/0358—SQUIDS coupling the flux to the SQUID

Definitions

  • the present invention relates to an inspection apparatus for inspecting the presence or absence of a minute metal using a SQUID element.
  • Non-patent Document 1 Detecting trace metals in food, medicine and clothing can cause unexpected accidents and is important for product safety management.
  • Oxide superconducting materials operate at relatively high temperatures.
  • the transition temperature of the oxide superconducting material is likely to fluctuate with respect to the composition fluctuation. If the oxide superconducting material dew condensation during the temperature reduction and temperature increase cycle process, oxygen desorption occurs and the composition fluctuates and the transition temperature changes immediately.
  • Non-Patent Document 1 Physics and Application of Josephson Effect (Modern Sciences) pp.412-pp.414 Disclosure of Invention
  • An object of the present invention is to provide an inspection apparatus capable of suppressing the deterioration of an oxide superconducting material constituting a SQUID element and allowing an inspection object to flow by a belt conveyor or the like.
  • An inspection apparatus includes a magnetic flux fluctuation detection coil and a magnetic flux transmission coil, and is magnetically coupled to the transformer made of the first oxide superconducting material and the magnetic flux transmission coil.
  • a cooling means having a SQUID element made of a second oxide superconducting material and a first through hole, wherein the transformer and the SQUID element are arranged on the surface of the first through hole, and the first
  • the magnetic flux fluctuation detection coil is wound along the circumferential direction of the through hole of the first through hole in order to make the area where the indirect cooling unit, the transformer and the SQUID element are arranged as a closed space.
  • a sealing member disposed in the hole, the sealing member having the second through-hole, and the indirect cooling unit is thermally coupled to cool the temperature of the transformer and the SQUID element to a temperature lower than the transition temperature.
  • the transformer and the SQUID element are disposed in a sealed space where they are not cooled by being immersed in liquid helium or liquid helium, and are indirectly cooled, thereby preventing condensation. Degradation of the oxide superconducting material constituting the transformer and SQUID element can be suppressed. Further, a belt conveyor can be disposed in the second through hole.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a measurement unit and an analysis unit of a measurement apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram showing an outline of a measurement unit and an analysis unit of an inspection apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the measurement unit 10 includes a transformer T including a magnetic flux fluctuation detection coil 11 and a magnetic flux transmission coil 12, and is adjacent to the magnetic flux transmission coil 12 and is magnetically coupled to the magnetic flux transmission coil 12.
  • the magnetic flux fluctuation detection coil 11 and the magnetic flux transmission coil 12 are made of a tape material based on so-called high temperature superconductivity whose critical temperature T is lower than the boiling point of liquid nitrogen.
  • the tape material is based on (Bi, Pb) Sr Ca Cu O (first oxide superconducting material) having a critical temperature T to 110 K, and silver as a sheath material.
  • the SQUID element 13 is composed of a Bi-based superconducting thin film (second oxide superconducting material) formed on a substrate.
  • the magnetic flux fluctuation detection coil 11 is a first-order differential type coil of 600 mm ⁇ 250 mm.
  • the signal since the signal is transmitted to the SQUID element 13 by the magnetic flux transmission coil 12, it is desirable to perform magnetic flux concentration by the magnetic flux transmission coil 12.
  • the coil wire density should be set high.
  • the oxide superconducting tape material is manufactured by the “powder-in-tube method” as described above. In this case, it is most effective to suppress the coil thickness in the radial direction as the number of windings increases, and it is appropriate to stack with ⁇ ⁇ ⁇ using a rectangular coil.
  • the magnetic flux transmission coil 12 of this embodiment is an ⁇ ⁇ coil having a diameter of 20 mm and a number of powers of 50 times.
  • a magnetic core may be disposed at substantially the center of the magnetic flux transmission coil 12.
  • a shielding current flows inside the superconducting wire so as to cancel the magnetic flux fluctuation.
  • the shielding current flows in the magnetic flux transmission coil.
  • the magnetic flux transmission coil converts the shield current into magnetism and performs amplification.
  • the SQUID element 13 detects the magnetism generated by the magnetic flux transmission coil. Thereby, the magnetic flux fluctuation of the magnetic flux detection coil 11 can be detected and measured by the SQUID element 13.
  • the analysis unit 20 for analyzing the signal picked up by the SQUID element 13 is the same as a known magnetic susceptibility measurement device, and thus detailed description thereof is omitted.
  • the SQUID element 13 can be coupled with a high-order differential gradiometer such as a first-order differential durometer or a vector magnetometer.
  • FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a dewar according to an embodiment of the present invention.
  • liquid helium L is stored in the internal tank (cooling unit) 101.
  • a first Cu member 111 is provided at the bottom of the inner tank 101. Bottom surface of first Cu member 111
  • a second Cu member 112 is provided on the side.
  • a third Cu member 113 and a fourth Cu member 114 constituting the first indirect cooling section are provided on the side.
  • the fourth Cu member 114 is thermally connected to the liquid helium in the inner tank 101 by the first and second Cu members 111 and 112.
  • a second indirect cooling portion is formed on the bottom surface side of the third Cu member 113, and a fifth Cu member 115 having a first through hole is connected thereto.
  • the fifth Cu member 115 is thermally connected to the liquid to the liquid in the inner tank 101 by the first, second and third Cu members 111, 112 and 113.
  • a magnetic flux fluctuation detection coil 11 is provided so as to extend in the circumferential direction of the first through hole TH1.
  • the magnetic flux fluctuation detection coil 11 is cooled below the superconducting transition temperature by the fifth Cu member 115 thermally connected to the liquid helium L in the inner tank 101.
  • a magnetic flux transmission coil 12 and a SQUID element 13 that is magnetically coupled to the magnetic flux transmission coil 12 are arranged on the surface of the fourth Cu member 114.
  • the magnetic flux transmission coil 12 and the SQUI D element 13 are cooled below the superconducting transition temperature by the fourth Cu member 114 thermally connected to the liquid helium L in the inner tank 101.
  • a first fiber reinforced plastic (FRP) member 121 having a second through hole TH2 is provided inside the first through hole TH1.
  • An external tank 102 is provided outside the internal tank 101.
  • a second fiber reinforced plastic (FRP) member 122 is connected to the bottom surface of the external tank 102.
  • a third fiber reinforced plastic (FRP) member 123 is provided to make the space between the inner tank 101, the outer tank 102, the first FRP member 121, and the second FRP member 122 a sealed space. Yes. In this sealed space, the transformer T and the SQUID element 13 are arranged.
  • FRP fiber reinforced plastic
  • the belt conveyor 200 can be disposed in the second through hole TH2. By operating the belt comparator 200, it is possible to inspect whether or not the inspection object passes through the second through hole TH2 and there is a metal force in the inspection pair.
  • the internal tank 101 for cooling the transformer T and the SQUID element 13 below the transition temperature is made of nonmagnetic fiber reinforced plastic (FRP) instead of metal. Therefore, the characteristics of the SQUID element 13 can be reduced. Also, liquid helium temperature In the case of adhesive, the adhesive will cause cracking and peeling, so that the adhesive cannot be used for the structural material. However, since the internal tank 102 and the external tank 101 are manufactured by integral molding, liquid helium can be stored in the internal tank 102.
  • FRP nonmagnetic fiber reinforced plastic
  • the transformer and SQUID element 13 are condensed in the temperature-decreasing and heating process in which the measuring part that also has the transformer and SQUID element force is immersed in liquid nitrogen or liquid helium, cooled, and then returned to room temperature .
  • Oxide superconductors tend to deteriorate when exposed to moisture from condensation.
  • the transformer T and SQUID element 13 in order to cool the transformer T and SQUID element 13, the transformer T and SQUID element 13, the internal tank 102 for storing liquid helium, and the force first Cu member 111, external tank 101 and the second Cu member 112 are used for thermal connection.
  • the space where the transformer T and the SQUID element 13 are arranged is in a vacuum state. Therefore, the transformer T and the SQUID element 13 do not condense even after the temperature lowering / heating process.
  • dry inert gas may be sealed in the sealed space.
  • MgB is also a superconductive material that easily deteriorates, transformer T and SQUID elements
  • MgB may be used as a material constituting the material.
  • liquid nitrogen may be stored in the inner layer as long as the force transformer T and the SQUID element 13 storing liquid helium in the inner layer of the Dewar are cooled below the transition temperature.
  • the system was used as the oxide superconducting material for the transformer T and SQUID element 13, other oxide superconducting materials may be used!
  • An oxidic superconducting material having a critical temperature lower than the boiling point of liquid nitrogen may be used.
  • a power-free refrigerant refrigerator eg, GM system, pulse tube system, Stirling system
  • a dewar storing liquid helium as a cooling unit for cooling the transformer T and the SQUID element 13 may be used.

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Abstract

　酸化物超伝導材料の劣化を抑制し得る検査装置は、磁束変動検出コイル１１と磁束伝達コイル１２とを具備し、第１の超伝導材料で構成されたトランスＴと、前記磁束伝達コイル１２に磁気的に結合され、第２の超伝導材料で構成されたＳＱＵＩＤ素子１３と、磁束伝達コイル１２及びＳＱＵＩＤ素子１３が配置された第１の間接冷却部１１４と、第１の貫通孔ＴＨ１を有する第２の間接冷却部１１５であって、第１の貫通孔ＴＨ１の周方向に沿って磁束変動検出コイル１１が巻かれている第２の間接冷却部１１５と、前記第１の貫通孔ＴＨ１の内側に第２の貫通孔ＴＨ２を有し、トランスＴ及びＳＱＵＩＤ素子１３が配置された領域を密閉空間とするための容器と、非磁性材料で構成され、トランスＴ及びＳＱＵＩＤ素子の温度を転移温度以下に冷却するために、前記第１および第２の間接冷却部に熱的に接続された冷却部１０１とを具備する。

Description

明 細 書
検査装置
技術分野
[0001] 本発明は、 SQUID素子を用いて微小金属の有無を検査する検査装置に関する。
背景技術
[0002] 極微小な金属等の磁気測定例として、物性物理研究分野にお!/ヽける磁化率測定 装置での応用があげられる (非特許文献 1)。食品や薬品、および衣料品に混入した 微小金属を検出することは不意の事故を引き起こしかねず、製品安全管理上重要で ある。
[0003] 近年、地磁気の 10億分の 1程度の磁束を高感度に検出することができる超伝導量 子千渉 ナ (Superconducting Quantum Interference Device ： ;sQUID を用い た SQUID素子磁束計が様々な分野で応用されている。高感度な非接触磁気計測 を要求する分野での有効性が示されており、微小金属検出に際しても検出感度向上 の上で期待が持てる。
[0004] SQUID素子を構成する超伝導材料として酸化物超伝導材料を用いることが考えら れている。酸化物超伝導材料は、比較的高温で動作する。
[0005] ところが、酸化物超伝導材料は、組成変動に対して、転移温度が変動しやすい。降 温一昇温サイクル課程で酸化物超伝導材料が結露すると、酸素抜け等が生じて組 成が変動しやすぐ転移温度が変化する。
[0006] また、工業的には、ベルトコンベア等で検査対象物を流して、検査することが望まし い。
非特許文献 1：ジョセフソン効果の物理と応用（近代科学社) pp.412-pp.414 発明の開示
[0007] [発明が解決しょうとする課題]
本発明の目的は、 SQUID素子を構成する酸化物超伝導材料の劣化を抑制すると 共に、ベルトコンベア等で検査対象物を流して検査することが可能な検査装置を提 供することにある。 [0008] [課題を解決するための手段]
本発明の一例に係わる検査装置は、磁束変動検出コイルと磁束伝達コイルとを具 備し、第 1の酸化物超伝導材料で構成されたトランスと、前記磁束伝達コイルに磁気 的に結合され、第 2の酸化物超伝導材料で構成された SQUID素子と、第 1の貫通 孔を有する冷却手段であって、前記第 1の貫通孔の表面に前記トランス及び SQUID 素子が配置され、前記第 1の貫通孔の周方向に沿って前記磁束変動検出コイルが 巻かれて!/、る間接冷却部と、前記トランス及び SQUID素子が配置された領域を密 閉空間とするために前記第 1の貫通孔内に配置された密閉用部材であって、第 2の 貫通孔を有する密閉用部材と、前記トランス及び SQUID素子の温度を転移温度以 下に冷却するために、前記間接冷却部に熱的に接続された冷却部であって、非金 属材料で構成された冷却部と
を具備してなることを特徴とする。
[0009] [発明の効果]
本発明によれば、トランス及び SQUID素子は、液体ヘリウムや液体ヘリウムにジャ ブ漬けされて冷却されるのではなぐ密閉空間内に配置されて間接的に冷却されるこ とによって、結露せず、トランス及び SQUID素子を構成する酸化物超伝導材料の劣 化を抑制することができる。また、第 2の貫通孔内にベルトコンベアを配置することが できる。
図面の簡単な説明
[0010] [図 1]図 1は、本発明の一実施形態に係わる測定装置の測定部及び解析部の概略構 成を示す図である。
[図 2]図 2は、本発明の一実施形態に係わる測定装置の概略構成を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
[0011] 本発明の実施の形態を以下に図面を参照して説明する。
[0012] 図 1は、本発明の一実施形態に係わる検査装置の測定部及び解析部の概略を示 す図である。
[0013] 図 1に示すように、測定部 10は、磁束変動検出コイル 11と磁束伝達コイル 12とから なるトランス Tと、磁束伝達コイル 12に隣接し、磁束伝達コイル 12と磁気的に結合す る SQUID素子 13とから構成されている。磁束変動検出コイル 11及び磁束伝達コィ ル 12は、臨界温度 Tが液体窒素の沸点以下の所謂高温超伝導をベースにしたテー プ材で構成されている。本実施形態において、テープ材は、臨界温度 T〜110Kで ある（Bi, Pb) Sr Ca Cu O (第 1の酸ィ匕物超伝導材料）をベースに、銀をシース材
2 2 2 3
に用いたパウダー'イン'チューブ法により製造されたものを用いた。
[0014] また、 SQUID素子 13は、基板上に形成された Bi系の超電導薄膜 (第 2の酸化物 超電導材料)で構成されて ヽる。
[0015] 磁束変動検出コイル 11は、 600mm X 250mmの一次微分型のコイルである。また 、磁束伝達コイル 12によって SQUID素子 13に信号が伝達されるので、磁束伝達コ ィル 12で磁束濃縮を行うことが望まれる。磁束濃縮を行うためには、コイル線密度を 高く設定すればよい。酸化物超伝導テープ材は、上述したように"パウダー'イン'チ ユーブ法"によって製造される。この場合、卷線数増加に伴う径方向のコイル厚を抑 える事が最も効果的で、平角コイルを用いた α卷による積層が適当である。本実施 形態の磁束伝達コイル 12は、直径 20mm、卷数 50回の α卷コイルである。磁束濃 縮を行うために、磁束伝達コイル 12の略中央に磁性体コアを配置してもよい。
[0016] 磁束変動検出コイル 11内部において、磁束変動が生じた場合、超伝導線材内部 には磁束変動を打ち消すように遮蔽電流が流れる。遮蔽電流は磁束伝達コイルに流 れる。磁束伝達コイルは、遮蔽電流を磁気に変換し増幅を行う。磁束伝達コイルで発 生した磁気を SQUID素子 13で検出する。これにより、磁束検出コイル 11の磁束変 動を SQUID素子 13によって検出 '測定することができる。
[0017] SQUID素子 13で拾われた信号を解析するための解析部 20は、公知の磁化率測 定装置と同様なので詳しい説明を省略する。 SQUID素子 13には、 1次微分型ダラ ジォメータ等の高次微分型グラジオメータやベクトル型マグネトメータを結合させる事 ができる。
[0018] この図 1に示す測定部 10は図 2に示す、デュワーに格納される。図 2は、本発明の 一実施形態に係わるデュワーの概略構成を示す図である。
[0019] 図 2に示すように、内部槽 (冷却部） 101の内部に液体ヘリウム Lが貯蔵される。内 部槽 101の底には、第 1の Cu部材 111が設けられている。第 1の Cu部材 111の底面 側に構成する第 2の Cu部材 112が設けられている。第 2の Cu部材 112の裏面側に、 第 3の Cu部材 113、および第 1の間接冷却部を構成する第 4の Cu部材 114が設けら れている。第 4の Cu部材 114は、第 1,第 2の Cu部材 111, 112によって内部槽 101 内の液体ヘリウムに熱的に接続する。第 3の Cu部材 113の底面側に第 2の間接冷却 部を構成し、第 1の貫通孔を有する第 5の Cu部材 115が接続されている。第 5の Cu 部材 115は、第 1,第 2,第 3の Cu部材 111, 112, 113によって内部槽 101内の液 体へリウムに熱的に接続する。
[0020] 第 5の Cu部材 115の表面には、第 1の貫通孔 TH1の周方向を卷くように磁束変動 検出コイル 11が設けられている。磁束変動検出コイル 11は、内部槽 101内の液体へ リウム Lに熱的に接続する第 5の Cu部材 115によって超伝導転移温度以下に冷却さ れる。
[0021] 第 4の Cu部材 114の表面には、磁束伝達コイル 12、および磁束伝達コイル 12と磁 気的に結合する SQUID素子 13が配置されている。磁束伝達コイル 12および SQUI D素子 13は、内部槽 101内の液体ヘリウム Lに熱的に接続する第 4の Cu部材 114に よって超伝導転移温度以下に冷却される。
[0022] 第 1の貫通孔 TH1の内側には第 2の貫通孔 TH2を有する第 1の繊維強化プラスチ ック (FRP)部材 121が設けられている。内部槽 101の外側には外部槽 102が設けら れている。外部槽 102の底面に第 2の繊維強化プラスチック (FRP)部材 122が接続 されている。
[0023] 内部槽 101、外部槽 102、第 1の FRP部材 121、第 2の FRP部材 122の間の空間 を密閉空間とするために第 3の繊維強化プラスチック (FRP)部材 123が設けられて いる。この密閉空間には、トランス T及び SQUID素子 13が配置されている。
[0024] 第 2の貫通孔 TH2内を、ベルトコンベア 200を配置することができる。ベルトコンペ ァ 200を動作させることによって、検査体が第 2の貫通孔 TH2内を通過して検査対 内部に金属が有る力否かを検査することができる。
[0025] 本実施形態では、トランス T及び SQUID素子 13を転移温度以下に冷やすための 内部槽 101が、金属製ではなく非磁性体の繊維強化プラスチック (FRP)で製造され ている。そのため、 SQUID素子 13の特性低減をことができる。また、液体へリウム温 度では、接着剤はヮレ、剥離を起こすため構造材に接着剤は使用できない。しかし、 内部槽 102、外部槽 101は一体成形で製造されているので、内部槽 102の内部に 液体ヘリウムを貯蔵することができる。
[0026] トランス及び SQUID素子力もなる測定部を液体窒素または液体ヘリウム等にジャ ブ漬けして冷却した後、液力 取り出し室温に戻るという降温一昇温過程でトランス T 及び SQUID素子 13が結露する。酸化物超伝導体は、結露による水分に触れると劣 化しやすい。
[0027] 本実施形態の装置の場合、トランス T及び SQUID素子 13を冷却するために、トラ ンス T及び SQUID素子 13と液体ヘリウムを貯蔵する内部槽 102と力 第 1の Cu部材 111、外部槽 101、及び第 2の Cu部材 112を用いて熱的に接続される。そして、トラ ンス T及び SQUID素子 13が配置された空間は、真空状態である。よって、降温—昇 温過程を経てもトランス T及び SQUID素子 13は、結露しない。なお、密閉空間を真 空状態にするかわりに、密閉空間内に乾燥した不活性ガスを封入してもよ 、。
[0028] また、 MgBも劣化しやすい超伝導材料であるので、トランス Tおよび SQUID素子
2
を構成する材料として MgBを用いても良い。
2
[0029] なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態 では、デュワーの内部層内に液体ヘリウムを貯蔵した力 トランス T及び SQUID素子 13が転移温度以下に冷却されるならば、内部層内に液体窒素を貯蔵してもよい。ト ランス T及び SQUID素子 13を構成する酸ィ匕物超伝導材料として 系を用いたが他 の酸化物超伝導材料を用いてもよ!、。臨界温度が液体窒素の沸点未満の酸ィヒ物超 伝導材料を用いてもよい。トランス T及び SQUID素子 13を冷却するための冷却部と して液体ヘリウムを貯蔵するデュワーを用いた力 無冷媒冷凍機 (例えば、 GM方式、 パルス管方式、スターリング方式)を用いてもよい。
[0030] その他、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することが可 能である。

Claims

請求の範囲
[1] 磁束変動検出コイルと磁束伝達コイルとを具備し、第 1の超伝導材料で構成された トランスと、
前記磁束伝達コイルに磁気的に結合され、第 2の超伝導材料で構成された SQUI D素子と、
前記磁束伝達コイル及び SQUID素子が配置された第 1の間接冷却部と、 第 1の貫通孔を有する第 2の間接冷却部であって、前記第 1の貫通孔の周方向に 沿って前記磁束変動検出コイルが巻かれている第 2の間接冷却部と、
前記第 1の貫通孔の内側に第 2の貫通孔を有し、前記トランス及び SQUID素子が 配置された領域を密閉空間とするための容器と、
非磁性材料で構成された、前記トランス及び SQUID素子の温度を転移温度以下 に冷却するために、前記第 1および第 2の間接冷却部に熱的に接続された冷却部と を具備することを特徴とする検査装置。
[2] 前記密閉空間は真空状態であることを特徴とする請求項 1に記載の検査装置。
[3] 前記磁束伝達コイルの略中央に磁性体コアが配置されて 、ることを特徴とする請求 項 1に記載の検査装置。
[4] 前記第 1及び第 2の超伝導材料の転移温度が液体窒素の沸点以上であることを特 徴とする請求項 1に記載の検査装置。
[5] 前記第 1の超伝導材料が、酸ィ匕物超伝導材料をベースにしたテープ材、または線 材であることを特徴とする請求項 1記載の検査装置。
[6] 前記第 1及び第 2の超伝導材料が、 MgBによって構成されていることを特徴とする
2
請求項 1記載の検査装置。
[7] 前記冷却部は、繊維強化プラスチック (FRP)で構成されて ヽることを特徴とする請 求項 1記載の検査装置。
[8] 前記第 2の貫通孔内に被検査対象物を通過させるためのベルトコンベアを更に具 備することを特徴とする請求項 1に記載の検査装置。
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